YB95A型條外透明紙包裝機垂直成型通道的改進

周福儒 施友志 賀 韌 張 寧

(湖北中煙工業有限責任公司三峽卷煙廠，湖北 宜昌 443100)

YB95A型條外透明紙包裝機是20世紀90年代由意大利G.D公司開發、上海煙機廠引進的卷煙包裝輔機，主要用于完成卷煙條外透明紙的折疊成型、熱封等包裝工序，是煙草行業內主流的包裝機型[1-2]。然而，在生產過程中該機型生產的卷煙經常出現條外透明紙摩擦痕的產品缺陷，隨著市場和消費者對產品包裝質量要求的不斷提高，這一問題已經引起了中國卷煙生產廠家的廣泛關注和重視，但目前均無比較成熟的解決方案。本研究擬對YB95A型條外透明紙包裝機的成型通道進行改進，在通道表面焊接麥粒板，并對第一頂升成型結構進行重新設計，以期有效解決條外透明紙摩擦痕的產品質量缺陷。

1 現狀調查

為了解和掌握條外透明紙摩擦痕質量缺陷的具體情況，對YB95A型條外透明紙包裝機進行抽樣檢驗：各機臺每天從上午8點開始連續抽樣10 h，每小時隨機抽取10條，于2018年7月1～20日連續抽樣20 d，即各機臺抽樣數量為2 000條；根據企業內控標準(摩擦痕的判定標準：在晴天日光或室內照明光下，不同光線反射角度，肉眼可辨的長度超過5.0 mm)對樣品摩擦痕質量缺陷進行統計(缺陷率=摩擦痕煙條數量/抽查數量×100%)，結果如表1所示。

由表1可知，各機臺缺陷率均在40%以上，嚴重影響了產品包裝質量。

2 原因分析

2.1 條外透明紙包裝成型原理

如圖1所示，從上游機輸出的硬條首先被推送至包裝機的第一頂升器上；被剪切成定長并粘有拉帶的透明紙同時被鉗送到硬條盒的上方；第一次頂升過程中，條外透明紙在左、右固定折疊板的夾持下完成兩側面及正面的“∩”型折疊；接著中層平臺水平推送過程中，在通道上、下平板的約束下完成透明紙背面長邊和兩端面的折疊、熱封；隨后被推入第二頂升器，在第二次頂升過程中完成透明紙兩端面的熱封；最后在上層平臺，包裝好透明紙的條盒由推板推至輸出通道，完成整個包裝過程[3-5]。

表1 摩擦痕質量缺陷檢驗統計Table 1 The rate of carton film with friction marks

1.硬條盒 2.透明紙塊 3.第一次頂升 4.中層平臺 5.第二次頂升 6.上層平臺 7.右折疊板 8.左折疊板 9.第一頂升器
圖1 條外透明紙包裝成型工藝流程及第一頂升通道示意圖
Figure 1 The technological process of carton film packer and the first lifting structure

2.2 條外透明紙摩擦痕形成原因

兩個物體接觸擠壓時，接觸面上很多凹凸部分相互嚙合。如果一個物體沿接觸面滑動，兩個接觸面的凸起部分相碰撞，產生斷裂、摩損。同理，透明紙與鑄鐵板相互接觸并相對運動產生摩擦，硬度低的透明紙表面會產生較大磨損，出現肉眼可見的摩擦痕。

由包裝成型原理可知，條外透明紙的折疊成型，是經不同工位的動力施予，通過通道的連接和輸送依次完成的。由此推斷，造成條透明紙摩擦痕的原因主要有兩種：

(1)目前條外透明紙采用的是BOPP雙向拉伸聚丙烯薄膜，其密度較小，表面軟，硬度低；而YB95A包裝機的通道由鑄鐵加工而成，其材料硬度大，摩擦系數也較高(約為0.59)，條外透明紙在其表面移動時磨損較大[6-8]。

(2)條外透明紙在第一次頂升過程中與左固定折疊板摩擦距離為128 mm，接觸面積為36 096 mm2；右固定折疊板的摩擦距離為144 mm，接觸面積為40 608 mm2，相對滑動速度為192 mm/s。因此，在摩擦距離、摩擦面積、摩擦速度的綜合作用下，透明紙表面產生較大磨損，出現肉眼可見的摩擦痕。

3 改進方法

根據滑動摩擦力公式：f=μN，在正壓力N一定的情況下，改變相互接觸的透明紙與面板之間的摩擦系數μ，就能夠改變兩者之間的摩擦力f，減小透明紙的磨損，達到減少摩擦痕的目的。而改變透明紙表面摩擦系數，勢必會改變透明紙表面的熱封性能，導致熱封不良的質量隱患，因此該方案不可行。而將與透明紙接觸的面板改成其他摩擦系數較低的材料，就可以減小兩者之間的摩擦力。

3.1 確定通道面板材料

通過對諸如高分子涂層、特氟龍涂層、麥粒板等多種材料進行對比，從材料的環保、耐磨、減摩性能及經濟性等方面進行對比，麥粒板具有諸多優勢。麥粒板表面呈魚鱗狀突起的曲面，能減小與條外透明紙的接觸面積；表面透氣性好，可防止與條外透明紙形成真空密合狀態，較鑄鐵等金屬面板要好；麥粒板采用醫用級316不銹鋼，較特氟龍涂層更加環保；耐磨性能較高分子涂層要高。

具體實施方法是將第一頂升、中層平臺、第二頂升、上層平臺通道各零件表面銑去0.8 mm后，激光焊接厚度為0.8 mm的麥粒板。

3.2 重新設計第一頂升成型結構

為解決條外透明紙在第一頂升折疊通道成型過程中因較長距離位移、較大接觸面積、持續性的相對滑動產生的磨損，創新性地設計了條外透明紙滾動折疊成型新方式，將條外透明紙與通道表面的面接觸改進為與滾輪外緣的線接觸，減小兩者的相對位移距離和摩擦力。

(1)設計滾輪軸：根據滾輪的裝配要求和設備結構，滾筒外徑設計為14 mm；軸承選用單列深溝球軸承628/4，外徑9 mm，內徑4 mm，厚度3.5 mm；軸的直徑d′選擇為4 mm。

(2)對滾輪軸危險截面直徑進行校核：由軸的結構及受力可作出受力圖，如圖2所示。

a.水平受力方向軸的左支承點b.水平受力方向軸的右支承點c.豎直受力方向軸的左支承點d.豎直受力方向軸的右支承點
圖2 滾輪軸受力圖
Figure 2 The roller shaft force diagram

軸所受彎矩M=Mh1=5.09×10-3N·m，扭矩T=0，W=πd3/32≈0.1d3，軸的材料為調質處理的45#鋼，其許用彎曲應力為[σ-1]=60 MPa，計算出d≥2.04 mm。實際滾輪軸的直徑d′=4 mm>d，軸的直徑設計滿足實際使用要求。

為進一步降低滾輪和折疊板對透明紙的損傷，將透明紙的摩擦磨損降到最低，在滾輪表面和整個折疊板上噴涂一層0.6 mm厚度的納米材料，能夠在滾輪表面和折疊板表面形成爽滑的保護層。

按照圖3進行滾輪的裝配，改進后的第一頂升折疊成型通道如圖4所示，在左、右折疊板座體上嵌入滾輪組，且滾輪外緣高于座體表面。在第一頂升過程中，條盒始終受到左右滾輪的夾持平穩上升，而透明紙向上移動時只與由左、右折疊板座體共同組成的“∩”形成型通道的滾輪組外緣接觸，在折疊過程中不發生相對滑動。

4 應用效果及分析

為驗證改進效果，對改進后的條外透明紙包裝機進行抽樣檢驗：各機臺每天從上午8點開始連續抽樣10 h，每小時隨機抽取10條，于2018年10月9～28日連續抽樣20 d，即各機臺抽樣數量為2 000條；根據企業內控標準對樣品摩擦痕質量缺陷進行統計，結果見表2。由表2可知，條外透明紙摩擦痕缺陷率平均值由改進前的49.21% 降低到改進后的3.49%，改進效果在實踐中得到了有力驗證，有效改善了煙條外觀質量。

1.輥軸座 2.軸承 3.滾筒 4.輥軸圖3 滾輪裝配示意圖Figure 3 The assembly diagram of the roller shaft

1.左折疊板座體 2.滾輪 3.右折疊板座體 4.透明紙 5.條盒 6.第一頂升器
圖4 改進后的左右折疊板和第一頂升通道
Figure 4 The improved folding plate and the first lifting structure

表2 改進后摩擦痕質量缺陷檢驗統計Table 2 The rate of carton film with friction marks when improved

5 結論

本文研究了YB95A型條外透明紙包裝機成型通道的改進，應用結果表明，通過改變通道表面材料及結構，可有效減少條透明摩擦痕。與以往僅通過原輔材料的工藝研究來改善條透明摩擦痕問題相比，此次改進方案在成型通道結構方面進行了有益探索，為后續改進和解決小盒商標紙、骨架紙、盒外透明紙、條盒等一系列包裝材料的摩擦痕質量缺陷探索出一種新思路和新方法，具有較好的實用性和推廣價值。在實際應用中，由于透明紙表面抗粘劑不斷脫離，并在麥粒板凹陷處持續累積，必須通過定時保養方能維持效果，后續可在麥粒板凹陷處設置負壓孔，將抗粘劑顆粒吸除或者加裝透明紙清潔裝置，以期徹底解決這一問題。